(57)【要約】  ＷＧＶを有するターボチャージャ付きの内燃機関において、過渡運転時のタービン流量を精度よく推定することのできる内燃機関の制御装置を提供する。  内燃機関１０の過渡運転時に、排気ガス流量ｍｃｙｌ（＝ｍＢ）、ＷＧＶ開度ＷＧ（＝Ｘ）、およびタービン回転数Ｎｔｂ（＝Ｎａ）を、それぞれ取得する（ステップ１００〜１０４）。過渡運転時に取得されたＮｔｂおよびＷＧが定常運転時に実現された場合の、タービン流量（＝ｍｔＡ）およびｍｃｙｌ（＝ｍＡ）を演算する（ステップ１０６〜１０８）。過渡運転時のｍｃｙｌに、ｍＡに対するｍｔＡの流量比率を適用して、過渡運転時のタービン流量（＝ｍｔＢ）を演算する（ステップ１１０）。好ましくは、過渡運転時のタービン流量変化量Δｍｔ（＝ｍｔＢ−ｍｔＡ）を用いて、Ｎｔｂ過渡運転時のＮｔｂを推定する（ステップ１１４，１００）。
2011104854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャ付きの内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の排気系に設けられ、前記ターボチャージャをバイパスする排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路に配置され、前記内燃機関からの動作要求を受けて任意に開度を調整可能なＷＧＶと、
前記内燃機関の過渡運転時に、前記内燃機関から排気される排気ガス流量、ＷＧＶ開度、および前記内燃機関の過給圧と相関を有する過給圧相関値を、それぞれ過渡排気ガス流量、過渡ＷＧＶ開度、および過渡過給圧相関値として取得する取得手段と、
前記過渡過給圧相関値および前記過渡ＷＧＶ開度が前記内燃機関の定常運転時に実現された場合の前記排気ガス流量の仮想値を、仮想排気ガス流量として取得する仮想排気ガス流量取得手段と、
前記過渡過給圧相関値および前記過渡ＷＧＶ開度が、前記定常運転時に実現された場合の、前記ターボチャージャのタービンを通過する排気ガスの流量（以下、タービン流量）の仮想値を、仮想タービン流量として取得する仮想タービン流量取得手段と、
前記仮想排気ガス流量に対する前記仮想タービン流量の流量比率を取得する流量比率取得手段と、
前記過渡排気ガス流量に前記流量比率を適用して、前記過渡運転時のタービン流量を演算するタービン流量演算手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記過渡排気ガス流量から前記過渡運転時のタービン流量を減じた値を、前記過渡運転時における、前記ＷＧＶを通過する排気ガスの流量（以下、ＷＧＶ流量）として取得するＷＧＶ流量演算手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記仮想排気ガス流量取得手段は、
前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係を規定した定常運転マップを記憶する定常運転マップ記憶手段を含み、
前記定常運転マップを用いて、前記過渡過給圧相関値および前記過渡ＷＧＶ開度に対応する排気ガス流量を、前記仮想排気ガス流量として取得することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記仮想タービン流量取得手段は、
前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係を規定した定常運転マップを記憶する定常運転マップ記憶手段を含み、
前記定常運転マップを用いて、前記過渡過給圧相関値、および全閉状態のＷＧＶ開度に対応する排気ガス流量を、前記仮想タービン流量として取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記過給圧相関値は、前記ターボチャージャのタービン回転数であり、
前記取得手段は、
前記過渡運転時のタービン流量から前記仮想タービン流量を減じた値をタービン流量変化量として取得するタービン流量変化量取得手段と、
前記タービン流量変化量に基づいて、前記タービン回転数を推定する推定手段と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記過渡運転時は、前記ＷＧＶ開度が一定のまま前記排気ガス流量が変化する運転状態を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記過渡運転時は、前記排気ガス流量が一定のまま前記ＷＧＶ開度が変化する運転状態を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関の定常運転時における前記過給圧相関値および前記排気ガス流量に、前記ターボチャージャ下流の排気ガス温度を関連付けた温度マップを記憶する温度マップ記憶手段と、
前記過渡運転時のタービン流量および前記過渡排気ガス流量が前記定常運転時に実現された場合の過給圧相関値の仮想値を、仮想過給圧相関値として取得する仮想過給圧相関値取得手段と、
前記仮想過給圧相関値と前記過渡排気ガス流量とを用いて、前記温度マップの該当する点の温度を、前記過渡運転時の前記排気ガス温度として特定する排気ガス温度特定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記仮想過給圧相関値取得手段は、
前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係を規定した定常運転マップを記憶する定常運転マップ記憶手段を含み、
前記定常運転マップにおいて、前記ＷＧＶ開度が全閉状態であり、且つ前記排気ガス流量が前記過渡運転時のタービン流量となる点に対応する過給圧相関値を、前記仮想過給圧相関値して取得することを特徴とする請求項８記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）を有するターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、日本特開２００６−２２７６３２号公報には、ターボチャージャモデルを用いて、排気特性から過給圧を算出する技術が提案されている。この技術では、より具体的には、タービンモデルが排気特性からタービン動力が算出し、シャフトモデルがこのタービン動力を予め求めておいた変換効率を用いてコンプレッサ動力に置換する。コンプレッサモデルは、このコンプレッサ動力から実際に過給に使う過給パワーを算出すると共に、該過給パワーから過給圧を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００６−２２７６３号公報
【特許文献２】日本特開２００８−３０９００４号公報
【特許文献３】日本特開２００１−１９３５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボチャージャには、タービンへ流れる排気ガスの一部をバイパスさせるためのウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）が設けられている。ＷＧＶは、その開度を調整することにより、タービンに流入する排気ガス流量（以下、「タービン流量」と称する）と、該タービンをバイパスする排気ガス流量（以下、「ＷＧＶ流量」と称する）との流量比を変化させることができる。タービンをバイパスする排気ガスは、該タービンで仕事をすることなく排出される。このため、例えば、ＷＧＶ流量を増加させることで、過給圧の上昇を緩慢にすることや、排気温度を上昇させることが可能となる。このように、ＷＧＶ開度をリニアに制御することで、過給圧や排気ガス温度等の機関状態量を高精度に制御することも可能となる。【０００５】
しかしながら、ＷＧＶを上述した制御に利用するためには、内燃機関の回転数および負荷が変化する過渡運転時において、タービン流量、排気ガス温度等の排気ガス状態量を正確に把握することが望ましい。しかしながら、上記従来の技術のタービンモデルでは、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）を備えたターボチャージャを想定していない。このため、内燃機関の過渡運転時において、タービン流量等の排気ガス状態量を精度よく推定することができない。【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＷＧＶを有するターボチャージャ付きの内燃機関において、過渡運転時のタービン流量を精度よく推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
ターボチャージャ付きの内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の排気系に設けられ、前記ターボチャージャをバイパスする排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路に配置され、前記内燃機関からの動作要求を受けて任意に開度を調整可能なＷＧＶと、
前記内燃機関の過渡運転時に、前記内燃機関から排気される排気ガス流量、ＷＧＶ開度、および前記内燃機関の過給圧と相関を有する過給圧相関値を、それぞれ過渡排気ガス流量、過渡ＷＧＶ開度、および過渡過給圧相関値として取得する取得手段と、
前記過渡過給圧相関値および前記過渡ＷＧＶ開度が前記内燃機関の定常運転時に実現された場合の前記排気ガス流量の仮想値を、仮想排気ガス流量として取得する仮想排気ガス流量取得手段と、
前記過渡過給圧相関値および前記過渡ＷＧＶ開度が、前記定常運転時に実現された場合の、前記ターボチャージャのタービンを通過する排気ガスの流量（以下、タービン流量）の仮想値を、仮想タービン流量として取得する仮想タービン流量取得手段と、
前記仮想排気ガス流量に対する前記仮想タービン流量の流量比率を取得する流量比率取得手段と、
前記過渡排気ガス流量に前記流量比率を適用して、前記過渡運転時のタービン流量を演算するタービン流量演算手段と、
を備えることを特徴とする。【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記過渡排気ガス流量から前記過渡運転時のタービン流量を減じた値を、前記過渡運転時における、前記ＷＧＶを通過する排気ガスの流量（以下、ＷＧＶ流量）として取得するＷＧＶ流量演算手段を更に備えることを特徴とする。【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記仮想排気ガス流量取得手段は、
前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係を規定した定常運転マップを記憶する定常運転マップ記憶手段を含み、
前記定常運転マップを用いて、前記過渡過給圧相関値および前記過渡ＷＧＶ開度に対応する排気ガス流量を、前記仮想排気ガス流量として取得することを特徴とする。【００１０】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記仮想タービン流量取得手段は、
前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係を規定した定常運転マップを記憶する定常運転マップ記憶手段を含み、
前記定常運転マップを用いて、前記過渡過給圧相関値、および全閉状態のＷＧＶ開度に対応する排気ガス流量を、前記仮想タービン流量として取得することを特徴とする。【００１１】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記過給圧相関値は、前記ターボチャージャのタービン回転数であり、
前記取得手段は、
前記過渡運転時のタービン流量から前記仮想タービン流量を減じた値をタービン流量変化量として取得するタービン流量変化量取得手段と、
前記タービン流量変化量に基づいて、前記タービン回転数を推定する推定手段と、
を含むことを特徴とする。【００１２】
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記過渡運転時は、前記ＷＧＶ開度が一定のまま前記排気ガス流量が変化する運転状態を含むことを特徴とする。【００１３】
第７の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記過渡運転時は、前記排気ガス流量が一定のまま前記ＷＧＶ開度が変化する運転状態を含むことを特徴とする。【００１４】
第８の発明は、第１乃至第７の何れか１つの発明において、
前記内燃機関の定常運転時における前記過給圧相関値および前記排気ガス流量に、前記ターボチャージャ下流の排気ガス温度を関連付けた温度マップを記憶する温度マップ記憶手段と、
前記過渡運転時のタービン流量および前記過渡排気ガス流量が前記定常運転時に実現された場合の過給圧相関値の仮想値を、仮想過給圧相関値として取得する仮想過給圧相関値取得手段と、
前記仮想過給圧相関値と前記過渡排気ガス流量とを用いて、前記温度マップの該当する点の温度を、前記過渡運転時の前記排気ガス温度として特定する排気ガス温度特定手段と、
を更に備えることを特徴とする。【００１５】
第９の発明は、第８の発明において、
前記仮想過給圧相関値取得手段は、
前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係を規定した定常運転マップを記憶する定常運転マップ記憶手段を含み、
前記定常運転マップにおいて、前記ＷＧＶ開度が全閉状態であり、且つ前記排気ガス流量が前記過渡運転時のタービン流量となる点に対応する過給圧相関値を、前記仮想過給圧相関値して取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、内燃機関の過渡運転時の過給圧相関値、排気ガス流量、およびＷＧＶ開度が取得される。過渡運転時における、排気ガス流量に対するタービン流量の流量比率は、その過渡運転時の過給圧相関値およびＷＧＶ開度が定常運転時に実現された場合の流量比率と等価になる。このため、過渡運転時に取得された排気ガス量に当該定常運転時の流量比率を適用することで、過渡運転時のタービン流量を正確に演算することができる。【００１７】
第２の発明によれば、過渡運転時の排気ガス流量からタービン流量を減じることにより、過渡運転時のＷＧＶ流量を精度よく演算することができる。【００１８】
第３の発明によれば、定常運転マップには、前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係が規定されている。このため、本発明によれば、かかる定常運転マップを用いて、排気ガス流量の仮想値を精度よく算出することができる。【００１９】
第４の発明によれば、定常運転マップには、前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係が規定されている。また、かかるマップにおいて、ＷＧＶ開度が全閉となる点に対応する排気ガス流量は、タービン流量を示している。このため、本発明によれば、かかる定常運転マップを用いて、タービン流量の仮想値を精度よく算出することができる。【００２０】
第５の発明によれば、過渡運転時のタービン回転数の変化量は、過渡運転時のタービン流量から仮想タービン流量を減じたタービン流量変化量に比例する。このため、本発明によれば、当該タービン流量変化量に基づいて、過渡運転時のタービン回転数を精度よく推定することができる。【００２１】
第６の発明によれば、ＷＧＶ開度が一定のままで排気ガス流量が変化する過渡運転時において、過渡運転時のタービン流量を正確に演算することができる。【００２２】
第７の発明によれば、排気ガス流量が一定のままで排気ガス流量が変化する過渡運転時において、過渡運転時のタービン流量を正確に演算することができる。【００２３】
第８の発明によれば、過渡運転時のタービン流量および過渡排気ガス流量が定常運転時に実現された場合の過給圧相関値の仮想値が特定される。そして、この仮想過給圧相関値および過渡排気ガス流量に対応するターボチャージャ下流の排気ガス温度が、温度マップから特定される。このため、本発明によれば、複雑な演算をすることなく、過渡運転時のターボチャージャ下流の排気ガス温度を精度よく推定することができる。【００２４】
第９の発明によれば、定常運転マップには、前記定常運転時における、前記過給圧相関値、前記ＷＧＶ開度、および前記排気ガス流量の関係が規定されている。また、かかるマップにおいて、ＷＧＶ開度が全閉となる点に対応する排気ガス流量は、タービン流量を示している。このため、本発明によれば、かかる定常運転マップを用いて、ＷＧＶ開度が全閉であり、且つ排気ガス流量が過渡運転時のタービン流量となる点の過給圧相関値を、仮想過給圧相関値として取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態としてのシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図２】定常運転時における排気ガス質量流量ｍｃｙｌ、タービン回転数Ｎｔｂ、およびＷＧＶ開度ＷＧの関係を説明するための図である。
【図３】ｍｃｙｌの変化に伴うタービン流量の変化ついて説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】ＷＧＶ開度ＷＧの変化に伴うタービン流量の変化について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】定常運転時のＮｔｂおよびｍｃｙｌに対するタービン下流ガス温度を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいてこの発明の幾つかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２７】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態としてのシステム構成を説明するための概略構成図である。内燃機関１０の吸気系は、吸気通路１２を備えている。空気は大気中から吸気通路１２へ取り込まれ、各気筒の燃焼室へ分配される。吸気通路１２の入口には、エアクリーナ１４が取り付けられている。また、エアクリーナ１４の下流側の吸気通路１２には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ３８が設けられている。
【００２８】
エアクリーナ１４の下流には、ターボチャージャ２０が設けられている。ターボチャージャ２０は、コンプレッサ２０１とタービン２０２とを備えている。コンプレッサ２０１とタービン２０２とは、連結軸２０３によって一体に連結されている。コンプレッサ２０１はタービン２０２に入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。
【００２９】
コンプレッサ２０１の下流には、スロットルバルブ１８が配置されている。スロットルバルブ１８は、アクセル開度に基づいてスロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。また、スロットルバルブ１８の上流側の吸気通路１２には、過給圧を検出するための圧力センサ２２が配置されている。
【００３０】
内燃機関１０の排気系は、排気通路２４を備えている。該排気通路２４の途中には、ターボチャージャ２０のタービン２０２が設けられている。また、図１に示すとおり、内燃機関１０の排気通路２４には、タービン２０２をバイパスしてタービン２０２の入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路２６が接続されている。排気バイパス通路２６の途中には、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）２８が配置されている。ＷＧＶ２８が開くと、排気ガスの一部がターボチャージャ２０のタービン２０２をバイパスして排出される。ＷＧＶ２８は、アクチュエータ３０により駆動されて、その開度が電子制御される。
【００３１】
更に、タービン２０２よりも下流側の排気通路２４には、排気ガスを浄化するためのＳＣ触媒３２およびＵＦ触媒３４が上流側からこの順に配置されている。これらの触媒３２，３４としては、三元触媒を用いることができる。また、ＵＦ触媒３４の下流側の排気通路２４には、マフラー３６が配置されている。
【００３２】
本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ３８や圧力センサ２２の他、内燃機関１０を制御するための種々のセンサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したアクチュエータ３０やスロットルバルブ１８等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、入力された各種の情報に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００３３】
［実施の形態１の動作］
図２および図３を参照して、実施の形態１の動作について説明する。先ず、内燃機関１０の定常運転時、すなわち、該内燃機関１０の運転状態に関連する状態量が平衡状態にある場合において、タービン２０２側へ流れる排気ガス質量流量（タービン流量）と、ＷＧＶ２８側へ流れる排気ガス流量（ＷＧＶ流量）と、を演算する方法について説明する。
【００３４】
図２は、内燃機関１０の定常運転時における排気ガス質量流量ｍｃｙｌ、タービン回転数Ｎｔｂ、およびＷＧＶ開度ＷＧの関係を説明するための図である。この図に示すとおり、定常運転時のｍｃｙｌは、タービン回転数ＮｔｂおよびＷＧＶ開度ＷＧの逆関数Ｙ−１を用いて、次式（１）のように表すことができる。
ｍｃｙｌ＝Ｙ−１（Ｎｔｂ，ＷＧ）  ・・・（１）
【００３５】
ここで、図２に示すＡ点での平衡状態、すなわちＷＧ＝Ｘ，Ｎｔｂ＝Ｎａとなる平衡状態でのｍｃｙｌをｍＡとすると、ｍＡは上式（１）を用いて次式（２）で表される。
ｍｃｙｌ＝ｍＡ＝Ｙ−１（Ｎａ，Ｘ）  ・・・（２）
【００３６】
上式（２）において演算されるｍｃｙｌ（＝ｍＡ）は、当該Ａ点での平衡状態におけるタービン流量とＷＧＶ流量との総流量を表している。ここで、ＷＧＶ開度が全閉（ＷＧ＝０）である場合には、排気ガス質量流量ｍｃｙｌの全量がタービン側へ流れる。このため、Ａ点での平衡状態におけるタービン流量は、同条件のＮｔｂ（＝Ｎａ）においてＷＧ＝０である場合のｍｃｙｌ（＝ｍｔＡ）と実質的に等価になる。したがって、この平衡状態におけるタービン流量およびＷＧＶ流量は、上式（１），（２）を用いて、次式（３）および（４）で表すことができる。
タービン流量：  ｍｔＡ＝Ｙ−１（Ｎａ，０）  ・・・（３）
ＷＧＶ流量：  ｍＡ−ｍｔＡ＝Ｙ−１（Ｎａ，Ｘ）−Ｙ−１（Ｎａ，０）・・・（４）
【００３７】
したがって、関数Ｙに規定する関係をＥＣＵ４０に記憶しておくことで、検出された平衡状態（ｍｃｙｌ、Ｎｔｂ、ＷＧ）に対応するタービン流量およびＷＧＶ流量を、精度よく演算することができる。
【００３８】
次に、内燃機関１０の排気ガス質量流量ｍｃｙｌが変化した過渡運転時について、タービン流量およびＷＧＶ流量を演算する方法について説明する。図３は、ｍｃｙｌの変化に伴うタービン流量の変化ついて説明するための図である。尚、この図においては、過渡状態の一例として、内燃機関１０の運転状態がＡ点での平衡状態からＢ点での過渡状態へ変化した場合、すなわち、ＷＧＶ開度ＷＧ＝Ｘ，Ｎｔｂ＝Ｎａにおいて、ｍｃｙｌがｍＡ→ｍＢに増加した状態を示している。また、このような過渡運転時としては、例えば、スロットルバルブ１８を開いた直後等が考えられる。
【００３９】
ここで、Ａ点での平衡状態とＢ点での過渡状態とを比較すると、両状態のＷＧおよびＮｔｂは等しい。このため、ｍｃｙｌに対するタービン流量の流量比率は、運転状態が当該平衡状態から過渡状態へ移行した場合に変化しない。したがって、過渡状態のタービン流量をｍｔＢとすると、該タービン流量およびＷＧＶ流量は、次式（５）および（６）で表される。
タービン流量：  ｍｔＢ＝ｍｔＡ×ｍＢ／ｍＡ  ・・・（５）
ＷＧＶ流量：  ｍＢ−ｍｔＢ＝ｍＢ−ｍｔＡ×ｍＢ／ｍＡ  ・・・（６）
【００４０】
このように、実施の形態１のシステムによれば、排気ガス質量流量ｍｃｙｌが変化した過渡運転時において、タービン流量およびＷＧＶ流量を正確に演算することができる。
【００４１】
尚、上述した説明では、Ｎｔｂ＝Ｎａとして説明したが、過渡運転時のＮｔｂは時間とともに変化する。このため、以下の方法で過渡運転時のＮｔｂを逐次推定し、上記タービン流量の演算に用いることが望ましい。すなわち、Ａ点での平衡状態においては、Ｎｔｂ＝Ｎａの状態でタービンの駆動トルクと負荷トルクとが釣り合っている。この平衡状態がＢ点での過渡状態に変化するとタービン流量が増加する。このタービン流量の変化量をΔｍｔとすると、駆動トルクはΔｍｔに比例して増加し、これによりＮｔｂが加速される。この際のＮｔｂの加速度は、当該駆動トルクに比例する。このため、次式（７）により演算されたΔｍｔを次式（８）の演算に用いることにより、過渡運転時におけるＮｔｂを逐次演算することができる。
Δｍｔ＝ｍｔＢ−ｍｔＡ＝ｍｔＡ×（ｍＢ−ｍＡ）／ｍＡ  ・・・（７）
Ｎｔｂ（ｋ＋１）＝Ｎｔｂ（ｋ）＋Ｋ×Δｍｔ／Ｎｔｂ（ｋ）・・・（８）
【００４２】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図４を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図４は、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、ＷＧＶ開度ＷＧが一定の状態で排気ガス質量流量ｍｃｙｌが変化した過渡運転時に繰り返し実行されるルーチンである。
【００４３】
図４に示すルーチンでは、先ず、Ｎｔｂが検出される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、後述するステップ１１２において演算されたΔｍｔ、およびＮｔｂの前回値を上式（１０）に代入することにより、本ルーチンの過渡状態に対応するタービン回転数Ｎｔｂ（例えば、Ｎａ）が演算される。
【００４４】
次に、本ルーチンの過渡状態に対応する排気ガス質量流量ｍｃｙｌ（＝ｍＢ）が検出される（ステップ１０２）。ｍｃｙｌは、吸気量と燃料量との総和と実質的に等価であり、また該燃料量は吸気量に比べて微小である。そこで、ここでは、エアフローメータ３８によって検出された内燃機関１０の吸気量が、当該過渡状態でのｍｃｙｌとして検出される。次に、ＷＧＶ開度ＷＧが検出される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、平衡→過渡にかけてのＷＧ（例えば、ＷＧ＝Ｘ）が検出される。
【００４５】
次に、上記ステップ１００において演算されたＮｔｂを上式（３）に代入することにより、平衡状態のタービン流量（＝ｍｔＡ）が演算される（ステップ１０６）。次に、上記ステップ１００において演算されたＮｔｂおよび上記ステップ１０４において演算されたＷＧを上式（２）に代入することにより、平衡状態での排気ガス質量流量（＝ｍＡ）が演算される（ステップ１０８）。
【００４６】
次に、上記ステップ１００、１０６および１０８において演算されたｍＢ、ｍｔＡ、およびｍＡを上式（５）に代入することにより、本ルーチンの過渡状態に対応するタービン流量ｍｔＢが演算される（ステップ１１０）。次に、上記ステップ１０２および１１０において演算されたｍＢおよびｍｔＢを上式（６）に代入することにより、本ルーチンの過渡状態に対応するＷＧＶ流量（ｍｔＢ−ｍＢ）が演算される（ステップ１１２）。
【００４７】
次に、上記ステップ１０６および１１０において演算されたｍｔＡおよびｍｔＢを、上式（７）に代入することにより、タービン流量の平衡状態からの変化量Δｍｔが演算される（ステップ１１２）。
【００４８】
以上説明したとおり、本実施の形態１のシステムによれば、ＷＧＶ開度ＷＧが所定の固定開度の状態でｍｃｙｌが変化した過渡運転時のタービン流量を、逐次精度よく演算することができる。
【００４９】
また、本実施の形態１のシステムによれば、タービン流量の平衡状態からの変化量Δｍｔに基づいて、過渡運転時のＮｔｂを逐次正確に推定することができる。
【００５０】
ところで、上述した実施の形態１においては、ｍｃｙｌ＝ｍＡ→ｍＢ、ＷＧ＝Ｘ、Ｎｔｂ＝Ｎａとなる過渡状態を一例として説明したが、タービン流量の演算が可能な過渡状態はこれに限られない。すなわち、ＷＧＶ開度ＷＧが固定開度に制御された状態でｍｃｙｌが変化した過渡状態であれば、本ルーチンを用いてタービン流量を当然に演算することができる。
【００５１】
また、上述した実施の形態１においては、タービン回転数Ｎｔｂを用いて、過渡運転時のタービン流量を演算することとしているが、演算に使用可能なタービン状態量はＮｔｂに限られない。すなわち、タービン２０２の内部状態量を表す値であれば、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０１による過給圧や、該過給圧と相関を有するタービン仕事（エネルギ）や駆動トルク等を用いることとしてもよい。
【００５２】
尚、上述した実施の形態１においては、ｍｃｙｌが前記第１の発明における「排気ガス流量」に、ＷＧが前記第１の発明における「ＷＧＶ開度」に、Ｎｔｂが前記第１の発明における「過給圧相関値」に、ｍＡが前記第１の発明における「仮想排気ガス流量」に、ｍｔＡが前記第１の発明における「仮想タービン流量」に、ｍｔＢが前記第１の発明における「過渡運転時のタービン流量」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００〜１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「取得手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「仮想タービン流量取得手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「仮想排気ガス流量取得手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「流量比取得手段」および「タービン流量演算手段」が、それぞれ実現されている。
【００５３】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより、前記第２の発明における「ＷＧＶ流量演算手段」が実現されている。
【００５４】
また、上述した実施の形態１においては、上式（１）に規定する関係が前記第３および第４の発明における「定常運転マップ」に、それぞれ相当している。
【００５５】
また、上述した実施の形態１においては、Δｍｔが前記第５の発明における「タービン流量変化量」に相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「推定手段」が実現されている。
【００５６】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５７】
上述した実施の形態１では、ＷＧＶ開度ＷＧを固定開度に制御した状態でｍｃｙｌが変化した過渡運転時において、タービン流量を逐次精度よく演算することとしている。これに対し、本実施の形態２では、ｍｃｙｌが一定の状態でＷＧＶ開度ＷＧが変化した過渡運転時に、タービン流量を精度よく演算することとする。
【００５８】
図５は、ＷＧＶ開度ＷＧの変化に伴うタービン流量の変化について説明するための図である。尚、この図においては、過渡状態の一例として、内燃機関１０の運転状態がＣ点での平衡状態からＡ点での過渡状態へ変化した場合、すなわち、ｍｃｙｌ＝ｍＣ，Ｎｔｂ＝Ｎａにおいて、ＷＧＶ開度ＷＧがＺ→Ｘに減少した状態を示している。
【００５９】
先ず、Ａ点での平衡状態は、実施の形態１において述べたとおり、Ｎｔｂ＝Ｎａ，ＷＧ＝Ｘ，且つｍｃｙｌ＝ｍＡで定常運転を行っている状態を示している。このため、かかる状態におけるタービン流量はｍｔＡとなり、また、ＷＧＶ流量は（ｍＡ−ｍｔＡ）となる。
【００６０】
また、同様に、Ｃ点での平衡状態は、Ｎｔｂ＝Ｎａ，ＷＧ＝Ｚ，ｍｃｙｌ＝ｍＣで定常運転を行っている状態を示している。このため、かかる状態におけるタービン流量はｍｔＡとなり、また、ＷＧＶ流量は（ｍＣ−ｍｔＡ）となる。
【００６１】
ここで、Ａ点での過渡状態は、Ｎｔｂ＝Ｎａ，ＷＧ＝Ｚ，且つｍｃｙｌ＝ｍＣとなるＣ点での平衡状態から、ＷＧＶ開度ＷＧがＺ→Ｘに減少した過渡状態を示している。この過渡状態は、換言すると、Ｃ点での平衡状態のｍｃｙｌにおいて、Ａ点での平衡状態のＷＧとなった過渡状態を示している。このため、Ａ点での過渡状態は、Ｎｔｂ＝Ｎａ，ＷＧ＝Ｘ，且つｍｃｙｌ＝ｍＡとなる平衡状態から、ｍｃｙｌがｍＡからｍＣへ変化した過渡状態と実質的に等価となる。したがって、この過渡状態のタービン流量をｍｔＣとすると、当該タービン流量およびＷＧＶ流量は、上式（５），（６）におけるｍｔＢおよびｍＢを、それぞれｍｔＣおよびｍＣに置換して、次式（９），（１０）で表すことができる。
タービン流量：  ｍｔＣ＝ｍｔＡ×ｍＣ／ｍＡ  ・・・（９）
ＷＧＶ流量：  ｍＣ−ｍｔＣ＝ｍＣ−ｍｔＡ×ｍＣ／ｍＡ  ・・・（１０）
【００６２】
このように、ＷＧＶ開度ＷＧが変化した過渡運転時は、ｍｃｙｌが変化した過渡運転時に置換することができる。このため、実施の形態１において説明した演算と同様の演算を行うことにより、タービン流量およびＷＧＶ流量を正確に演算することができる。
【００６３】
［実施の形態２における具体的処理］
次に、図６を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図６は、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、ｍｃｙｌが一定の状態でＷＧＶ開度ＷＧが変化した過渡運転時に繰り返し実行されるルーチンである。
【００６４】
図６に示すルーチンでは、先ず、Ｎｔｂが検出される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。
【００６５】
次に、排気ガス質量流量ｍｃｙｌが検出される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、定常状態から当該過渡状態にかけてのｍｃｙｌの固定値（例えば、ｍｃｙｌ＝ｍＣ）が検出される。次に、本ルーチンの過渡状態に対応するＷＧＶ開度ＷＧが検出される（ステップ２０４）。
【００６６】
次に、平衡状態のタービン流量（＝ｍｔＡ）が演算される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０６と同様の処理が実行される。次に、上記ステップ２００において取得されたＮｔｂと上記ステップ２０４において取得されたＷＧを上式（１）に代入することにより、平衡状態での排気ガス質量流量（＝ｍＡ）が演算される（ステップ２０８）。
【００６７】
次に、上記ステップ２００、２０６および２０８において演算されたｍＣ、ｍｔＡ、およびｍＡを上式（９）に代入することにより、本ルーチンの過渡状態に対応するタービン流量ｍｔＣが演算される（ステップ２１０）。次に、上記ステップ２０２および２１０において演算されたｍＣおよびｍｔＣを上式（１０）に代入することにより、本ルーチンの過渡状態に対応するＷＧＶ流量（ｍｔＣ−ｍＣ）が演算される（ステップ２１２）。
【００６８】
次に、上記ステップ２０６および２１０において演算されたｍｔＡおよびｍｔＣを、上式（７）に代入することにより、タービン流量の平衡状態からの変化量Δｍｔが演算される（ステップ２１４）。
【００６９】
以上説明したとおり、本実施の形態２のシステムによれば、ｍｃｙｌが所定量ｍＣの状態でＷＧＶ開度ＷＧが変化する過渡運転時のタービン流量を、逐次精度よく演算することができる。
【００７０】
また、本実施の形態２のシステムによれば、タービン流量の平衡状態からの変化量Δｍｔに基づいて、過渡運転時のＮｔｂを逐次正確に推定することができる。
【００７１】
ところで、上述した実施の形態２においては、ｍｃｙｌが固定値（＝ｍＣ）に制御されている状態でＷＧが変化した過渡運転時について、タービン流量を演算する方法を説明した。しかしながら、実施の形態１に示すようにｍｃｙｌが変化した過渡運転時と組み合わせて、ＷＧとｍｃｙｌとの双方が変化した過渡運転時に当該タービン流量の演算を実行することとしてもよい。この場合、図６に示すルーチンにおいて、上記ステップ２０２に替えて上記ステップ１０２を実行することとすればよい。これにより、ＷＧとｍｃｙｌとが変化した過渡運転時においても、タービン流量を精度よく演算することができる。
【００７２】
また、上述した実施の形態２においては、タービン回転数Ｎｔｂを用いて、過渡運転時のタービン流量を演算することとしているが、演算に使用可能なタービン状態量はＮｔｂに限られない。すなわち、タービン２０２の内部状態量を表す値であれば、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０１による過給圧や、該過給圧と相関を有するタービン仕事（エネルギ）や駆動トルク等を用いることとしてもよい。
【００７３】
尚、上述した実施の形態２においては、ｍｃｙｌが前記第１の発明における「排気ガス流量」に、ＷＧが前記第１の発明における「ＷＧＶ開度」に、Ｎｔｂが前記第１の発明における「過給圧相関値」に、ｍＡが前記第１の発明における「仮想排気ガス流量」に、ｍｔＡが前記第１の発明における「仮想タービン流量」に、ｍｔＢが前記第１の発明における「過渡運転時のタービン流量」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ２００〜２０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「取得手段」が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「仮想タービン流量取得手段」が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「仮想排気ガス流量取得手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「流量比取得手段」および「タービン流量演算手段」が、それぞれ実現されている。
【００７４】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ２１２の処理を実行することにより、前記第２の発明における「ＷＧＶ流量演算手段」が実現されている。
【００７５】
また、上述した実施の形態２においては、上式（１）に規定する関係が前記第３および第４の発明における「定常運転マップ」に、それぞれ相当している。
【００７６】
また、上述した実施の形態２においては、Δｍｔが前記第５の発明における「タービン流量変化量」に相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「推定手段」が実現されている。
【００７７】
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００７８】
上述した実施の形態１および２では、過渡運転時のタービン流量を精度よく演算することとしている。これに対して、本実施の形態３では、演算されたタービン流量のｍｃｙｌに対する流量比率を用いて、タービン２０２の側へ流通した排気ガスとＷＧＶ２８側へ流通した排気ガスとが合流した後の排気ガスの温度（以下、「タービン下流ガス温度」と称する）を精度よく推定することとする。
【００７９】
図７は、内燃機関１０の定常運転時のＮｔｂおよびｍｃｙｌに対するタービン下流ガス温度を示す図である。この図に示すとおり、Ｎｔｂおよびｍｃｙｌが平衡状態となる定常運転時においては、タービン下流ガス温度はＮｔｂおよびｍｃｙｌに応じて決定される。このため、タービン下流ガス温度をＴｅｘとすると、次式（１１）が成立する。
Ｔｅｘ＝Ｔ（Ｎｔｂ，ｍｃｙｌ）  ・・・（１１）
【００８０】
ここで、図７において、内燃機関１０の運転状態がＡ点での平衡状態からＤ点での過渡状態へ変化した場合、すなわち、ｍｃｙｌ＝ｍＡ，Ｎｔｂ＝Ｎａにおいて、ＷＧＶ開度ＷＧがＸ→Ｗに増加した過渡状態について考察する。
【００８１】
先ず、Ａ点での平衡状態は、実施の形態１において述べたとおり、Ｎｔｂ＝Ｎａ，ＷＧ＝Ｘ，且つｍｃｙｌ＝ｍＡで定常運転を行っている状態を示している。このため、かかる状態におけるタービン流量はｍｔＡとなり、また、ＷＧＶ流量は（ｍＡ−ｍｔＡ）となる。
【００８２】
また、同様に、Ｄ点での平衡状態は、Ｎｔｂ＝Ｎａ，ＷＧ＝Ｚ，ｍｃｙｌ＝ｍＤで定常運転を行っている状態を示している。このため、かかる状態におけるタービン流量はｍｔＡとなり、また、ＷＧＶ流量は（ｍＤ−ｍｔＡ）となる。
【００８３】
更に、Ｄ点での過渡状態は、Ｎｔｂ＝Ｎａ，ＷＧ＝Ｗ，且つｍｃｙｌ＝ｍＡとなる過渡状態を示している。したがって、この過渡状態におけるタービン流量をｍｔＤとすると、タービン流量およびＷＧＶ流量は、上式（９），（１０）におけるｍｔＣ、ｍＣ、およびｍＡを、それぞれｍｔＤ、ｍＡ、およびｍＤに置換して、次式（１２），（１３）で表すことができる。
タービン流量：  ｍｔＤ＝ｍｔＡ×ｍＡ／ｍＤ  ・・・（１２）
ＷＧＶ流量：  ｍＡ−ｍｔＤ＝ｍＡ−ｍｔＡ×ｍＡ／ｍＤ  ・・・（１３）
【００８４】
ここで、図７に示すとおり、平衡状態においてＤ点での過渡状態のタービン流量（＝ｍｔＤ）となるのは、Ｎｔｂ＝Ｎｄのタービン状態であり、更にこのタービン状態で当該過渡状態のｍｃｙｌ（＝ｍＡ）となるのは、Ｐ点で平衡状態となる運転状態となる。このため、Ｄ点での過渡状態における排気ガス状態は、Ｐ点での平衡状態におけるそれと等価であるといえる。したがって、上式（１１）にＮｔｂ＝Ｎｄ，ｍｃｙｌ＝ｍＡを代入することにより、当該過渡状態におけるタービン下流ガス温度Ｔｅｘを精度よく推定することができる。
【００８５】
［実施の形態３における具体的処理］
次に、図８を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図８は、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０の過渡運転時に繰り返し実行されるルーチンである。
【００８６】
図４に示すルーチンでは、先ず、本ルーチンの過渡状態に対応するタービン流量（＝ｍｔＤ）、ｍｃｙｌ、およびＷＧが演算される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、上記ステップ２００〜２１０と同様の処理が実行される。
【００８７】
次に、平衡状態においてタービン流量がｍｔＤとなるＮｔｂが演算される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、上式（１）に示すＹ−１の正関数Ｙを用いて、上記ステップ３００において演算されたＷＧおよびｍｔＤに対応するＮｔｂ（＝Ｎｄ）が演算される。
【００８８】
次に、過渡状態におけるタービン下流ガス温度Ｔｅｘが演算される（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ３００において演算されたｍｃｙｌ、および上記ステップ３０２において演算されたＮｄが、上式（１３）に代入される。
【００８９】
以上説明したとおり、本実施の形態３によれば、演算された過渡運転時のタービン流量、およびそのときのｍｃｙｌに基づいて、過渡運転時のタービン下流ガス温度Ｔｅｘを精度よく推定することができる。
【００９０】
尚、上述した実施の形態３においては、ｍｃｙｌが前記第１の発明における「排気ガス流量」に、ＷＧが前記第１の発明における「ＷＧＶ開度」に、Ｎｔｂが前記第１の発明における「過給圧相関値」に、ｍｔＤが前記第１の発明における「過渡運転時のタービン流量」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ３００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「取得手段」が、上記ステップ３０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「タービン流量演算手段」が、それぞれ実現されている。
【００９１】
また、上述した実施の形態３においては、Ｔｅｘが前記第８の発明における「排気ガス温度」に、Ｎｄが前記第８の発明における「仮想過給圧相関値」に、上式（１１）に規定する関係が前記第８の発明における「温度マップ」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ３０４の処理を実行することにより、前記第８の発明における「過給圧相関値取得手段」が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第８の発明における「排気ガス温度特定手段」が、それぞれ実現されている。
【００９２】
また、上述した実施の形態３においては、上式（１）に規定する関係が前記第８の発明における「定常運転マップ」に相当している。
【符号の説明】
【００９３】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  エアクリーナ
１８  スロットルバルブ
２０  ターボチャージャ
２０１  コンプレッサ
２０２  タービン
２０３  連結軸
２２  圧力センサ
２４  排気通路
２６  排気バイパス通路
２８  ＷＧＶ（ウエストゲートバルブ）
３０  アクチュエータ
３２  ＳＣ触媒
３４  ＵＦ触媒
３６  マフラー
３８  エアフローメータ
４０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
【図１】
2011104854.tif 000003
【図２】
2011104854.tif 000004
【図３】
2011104854.tif 000005
【図４】
2011104854.tif 000006
【図５】
2011104854.tif 000007
【図６】
2011104854.tif 000008
【図７】
2011104854.tif 000009
【図８】
2011104854.tif 000010
【国際調査報告】
2011104854.tif 000011
2011104854.tif 000012